Новый материал представляет собой графеноподобные слои AlSi из чередующихся атомов алюминия и кремния, сопряжённые со слоями Gd (гадолиния), обеспечивающими магнитные свойства системы.

Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в высокорейтинговом журнале Small.

Традиционная электроника на основе кремниевой платформы подошла к своему технологическому пределу. Для обеспечения компактности и функциональности элементной базы электроники необходимы новые технологии и материалы. Одним из наиболее перспективных направлений является спиновая электроника, позволяющая добиться значительной энергоэффективности. Поэтому сейчас активно развиваются исследования 2D-магнитов — магнитных систем толщиной в один или несколько атомных слоёв. При этом особенно важно, чтобы материал был технологичен и мог интегрироваться с существующей полупроводниковой технологией. Набор материалов с требуемыми функциональными свойствами пока весьма скуден, что делает задачу создания новых 2D-магнитов весьма актуальной.

В Курчатовском институте разработали способ синтеза слоистого GdAlSi. В объёмной форме известен GdAlSi со сложной, неслоистой структурой. Но при уменьшении толщины ниже 8 нм удалось стабилизировать слоистый GdAlSi. Интеграция материала с кремниевой платформой была достигнута естественным путём за счёт использования подложки кремния в качестве реагента.

«Обычно в химическом синтезе рассматривается зависимость продуктов реакции от внешних условий, таких как температура и давление. Однако результат химической реакции может зависеть и от размерности системы, быть разным для двумерных и трёхмерных систем. Возникающая химия низких размерностей даёт возможность получать ранее неизвестные вещества. Это то, чем можно и нужно пользоваться при дизайне материалов электроники. Именно такой подход позволил нам синтезировать новый двумерный магнит GdAlSi — технологичный материал с интересными функциональными свойствами», — пояснил руководитель проекта Андрей Токмачёв, ведущий научный сотрудник лаборатории новых элементов наноэлектроники Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий.

Для синтеза материала был разработан оригинальный подход, основанный на стабилизации слоистых структур в 2D-пределе. Метод позволяет контролировать толщину GdAlSi с точностью до монослоя. Благодаря этому удалось получить ультратонкие плёнки с толщиной 1, 2, 3, …, 10 монослоёв. Оказалось, что свойства материала, прежде всего магнитные, сильно зависят от толщины. Варьируя её, можно получать материалы с различными функциональными характеристиками. Поэтому разработка открывает широкие перспективы для синтеза целой серии новых материалов наноэлектроники и спинтроники.

Источник: Курчатовский институт.